import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

public class Sort {

    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 最好情况下：O(N)
     * 当数据趋于有序时，排序速度会非常快
     * 一般的场景就是数据基本有序，建议使用直接插入排序
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * 如果一个排序是稳定的，那么可以实现为不稳定的
     * 如果一个排序本身是不稳定的，就没办法实现为稳定的
     *
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int j = i - 1;
            int tmp = array[i];
            for (; j >= 0; j--) {
                if (tmp < array[j]) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度: O(N^1.3) -- O(N^1.5)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            shell(array, gap);
            gap /= 2;
        }
        // 整体进行插入排序
        shell(array, 1);
    }

    // 插入排序 ---> gap 组数
    public static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int j = i - gap;
            int tmp = array[i];
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (tmp < array[j]) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void selectSort1(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            int j = i + 1;
            for (; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;  // 假定最小值下标
            int maxIndex = left;  // 假定最大值下标
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, minIndex, left);
            // 这里可能把 最大值换到 minIndex的位置
            // 言外之意，最大值一开始正在left处
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, maxIndex, right);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度: O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        creatBigHeap(array);
        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            swap(array, 0, end);
            shiftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    private static void creatBigHeap(int[] array) {
        // 从最后一棵子树开始
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            shiftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    private static void shiftDown(int[] array, int parent, int end) {
        int child = 2 * parent + 1;
        // 必须有左孩子的情况下
        while (child < end) {
            // 有右孩子的情况下
            if (child + 1 < end && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }
            if (array[parent] < array[child]) {
                swap(array, parent, child);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {    // 趟数
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {  // 次数
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flg = true;
                }
            }
            if (flg == false) {
                return;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序（递归）
     * 时间复杂度：N*logN
     * 最好情况：N*logN
     * 最坏情况：N^2 有序、逆序  优化
     * 空间复杂度：
     * 最好情况：logN
     * 最坏情况：N
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void quickSort1(int[] array) {
        quick(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        // 为什么取大于号： 1 2 3 4 5
        if (start >= end) {
            return;
        }

        // 使用这个优化 主要解决 减少递归的次数
        if (end - start + 1 <= 14) {
            // 插入排序
            insertSort2(array, start, end);
            return;
        }

        // 三数取中法
        int index = midTree(array, start, end);
        swap(array, start, index);
        int pivot = partition1(array, start, end);  // 划分
        quick(array, start, pivot - 1);
        quick(array, pivot + 1, end);

    }

    private static void insertSort2(int[] array, int left, int right) {
        for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
            int j = i - 1;
            int tmp = array[i];
            for (; j >= left; j--) {
                if (tmp < array[j]) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    private static int midTree(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if (array[left] < array[right]) {
            if (array[mid] < array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            //  8 6
            if (array[mid] < array[right]) {
                return right;
            } else if (array[mid] > array[left]) {
                return left;
            } else {
                return mid;
            }
        }


    }

    // 挖坑法
    private static int partition1(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    // Hoare法
    private static int partition2(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        int i = left;
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array, right, left);
        }
        swap(array, i, left);
        return left;
    }

    private static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 非递归实现快速排序
     *
     * @param array
     */
    public static void quickSort2(int[] array) {
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        int pivot = partition1(array, left, right);
        if (pivot > left + 1) {
            stack.push(left);
            stack.push(pivot - 1);
        }
        if (pivot < right - 1) {
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = partition1(array, left, right);
            if (pivot > left + 1) {
                stack.push(left);
                stack.push(pivot - 1);
            }
            if (pivot < right - 1) {
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：N*logN
     * 空间复杂度: N
     * 稳定性： 稳定
     * 直接插入 冒泡排序 归并排序
     */
    public static void mergeSort1(int[] array) {
        decompose(array, 0, array.length - 1);
    }

    // 先分解
    private static void decompose(int[] array, int left, int right) {
        if (left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        decompose(array, left, mid);
        decompose(array, mid + 1, right);
        merge(array, left, right, mid);
    }

    // 再合并
    private static void merge(int[] array, int start, int end, int mid) {
        int s1 = start;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid + 1;
        int e2 = end;
        int[] tmp = new int[end - start + 1];
        int k = 0;
        while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if (array[s1] < array[s2]) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            } else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while (s1 <= e1) {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= e2) {
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            array[i + start] = tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归实现归并排序
     *
     * @param array
     */
    public static void mergeSort2(int[] array) {                      // 10 6 7 1 3 9 4 2
        int gap = 1;                                                  //  0 1 2 3 4 5 6 7
        while (gap < array.length) {
            // i+=2*gap 排完当前组，再去排下一组
            for (int i = 0; i < array.length; i += 2 * gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;   // 有可能会越界
                if (mid >= array.length) {
                    mid = array.length - 1;
                }
                int right = mid + gap;     // 有可能会越界
                if (right >= array.length) {
                    right = array.length - 1;
                }
                merge(array, left, right, mid);
            }

            // 当前2个有序，下一次4个有序
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 时间复杂度：O(N+范围)
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：稳定
     */

    public static void countSort(int[] array) {
        // 1. 遍历数组 找到最大值 和 最小值
        int min = array[0];
        int max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if (array[i] < min) {
                min = array[i];
            }
            if (array[i] > max) {
                max = array[i];
            }
        }
        // 2. 根据范围定义 计数数组的长度
        int len = max - min + 1;
        int[] count = new int[len];
        // 3. 遍历数组，在计数数组当中，记录每个数字出现的次数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i] - min]++;
        }
        // 4. 遍历计数数组
        int index = 0;  // array数组的新下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] > 0) {
                array[index] = i + min;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

    /**
     * 基数排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度:
     * 稳定性：
     */
}
